机械设计课件第10章齿轮传动详解
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机械设计(西北工业大学第八版)第十章 齿轮传动
抵抗齿面点蚀、胶合、 磨损、塑性变形
抵抗轮齿折断
轮齿具有足够强度和韧性
一. 常用材料：
齿轮常用材料是各种牌号的中碳钢，中、低碳合金钢， 铸钢和铸铁等。一般多采用锻造毛坯或轧制钢材， 齿轮尺寸较大或结构复杂且生产批量大时，可采用铸钢 或铸铁。 表P191表10—1列出了常用齿轮材料及牌号、热处理 方法及硬度。
三. 齿轮传动的类型： 1.按装置型式分：1）开式齿轮传动
2）半开式齿轮传动 3）闭式齿轮传动
2. 按速度的大小分：高速（v15m/s）
低速（v3m/s）
3. 按载荷大小分： 轻载
重载
4. 按齿面的软硬分：硬齿面（HB>350或HRC >38）
软齿面（HB350或HRC38）
四、对齿轮传动的要求： 1. 传动要平稳、准确
k
K
t
t
A
k
rk
k
B
rb
O
单齿啮合的最低点接触应力最大。
通常按节点啮合进行计算 即：将渐开线齿廓在节点啮合当量成一对 圆柱体接触，再按赫兹公式计算。
H ZE
式中：
F L
1
1
1
1
2
2
1
1 N1P r1sin
d1 r1 sin sin 2 d2 2 sin 2
措施：提高材料的硬度，
改善润滑
主动 被动
相对滑动方向
二.设计准则：
具体工作条件下的设计准则： 工作条件 主要失效
软齿面
点蚀
设计准则
设计方法
闭式 传动
保证齿面有足够的接触 按齿面接触疲劳强度设计 疲劳强度 按轮齿弯曲疲劳强度校核
齿轮传动解析精选课件PPT
④渐开线的形状取决于基圆的大小。如果基圆越大那 么渐开线就越平直，当基圆的半径无穷大时，那么渐 开线就是直线了；
⑤基圆内无渐开线。
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二、渐开线齿廓啮合的特点
1. 四线合一 啮合线、公法线、基圆的公切线、正压力的作用线。 2. 渐开线齿廓啮合具有可分性
以r1′=O1C与r2′=O2C为半径所作的圆，称为节圆。一对渐开 线齿轮的啮合传动可以看作两个节圆的纯滚动，则vC1=vC2，而 vC1=ω1·O1C=vC2=ω2·O2C。 又 △ O1CN1∽△O2CN2 ， 所 以 两 轮 的 传 动 比 为： i12=ω1/ω2=O2C/O1C=r2′/r1′=rb2/rb1
齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力， 以保证齿轮在整个工作过程中不致产生各种失效。这与齿轮 的尺寸、材料、热处理工艺因素有关。
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§10—2 齿廓啮合基本定律
一、齿廓啮合基本定律
啮合： 一对轮齿相互接触并进行相对运动的
状态称为啮合。 传动比：两轮角速度之比。 共轭齿廓：
交错轴斜齿轮传动
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三、对齿轮传动的基本要求：
齿轮用于传递运动和动力，必须满足以下两个要求:
1. 传动准确、平稳
齿轮传动的最基本要求之一是瞬时传动比恒定不变。以避 免产生动载荷、冲击、震动和噪声。这于齿轮的齿廓形状、 制造和安装精度有关。
2. 承载能力强
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二、齿轮传动类型
1. 按照轮齿齿廓曲线的形状：
2.
分为渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮等。
3.
机械原理第十章
齿槽：相邻两轮齿之间的空间
齿槽一宽个：齿在槽任两意侧半齿径廓rK圆间周弧上长，。eK
齿距：在任意半径rK圆周上，相
邻两齿同侧齿廓间弧长。pK
在同一圆周上：pK sK eK
法向齿距：相邻两齿同侧齿 廓间法线长度，pn=pb
分度圆：为了计算齿轮的各部分尺寸， 在齿顶圆和齿根圆之间人为规定了 一个直径为d，半径为r，用作计算 基准的圆。 分度圆上齿距、齿厚、齿槽宽分别 用p、s、e表示。 p=s+e
已知传动比、中心距、 齿轮1的齿廓曲线K1，用 包络线法求与齿廓K1共 轭的齿廓曲线K2。
3.齿廓曲线的选择 理论上，满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多，但考
虑到便于制造和检测等因素，工程上只有极少数几种 曲线可作为齿廓曲线，如渐开线、其中应用最广的是 渐开线，其次是摆线(仅用于钟表)和变态摆线 (摆线针 轮减速器)，近年来提出了圆弧和抛物线。
o1
点P 称为两轮的啮合节点(简称节点）。 r’1 节圆：
ω1
节圆
n
两个圆分别为轮1和轮2的节圆
k
两节圆相切于P点，且两轮节点处速 度相同，故两节圆作纯滚动。
P n
ω 2 r’2
o2
根据这一定律， 可求得齿廓曲线与齿廓传动比的关系；
也可按给定的传动比来求得两轮齿廓的共轭曲线。
2.共轭齿廓
所谓共轭齿廓是指两轮相互连续接触并能实现预 定传动比规律的一对齿廓。
rK
k
=
rb/ cosK inv K = tan K
K
三、 渐开线齿廓的啮合特性
O1
ω1
1.渐开线齿廓满足定传动比要求
N1
两齿廓在任意点K啮合时，过K作两 齿廓的法线N1N2，是基圆的切线，为 N2
齿槽一宽个：齿在槽任两意侧半齿径廓rK圆间周弧上长，。eK
齿距：在任意半径rK圆周上，相
邻两齿同侧齿廓间弧长。pK
在同一圆周上：pK sK eK
法向齿距：相邻两齿同侧齿 廓间法线长度，pn=pb
分度圆：为了计算齿轮的各部分尺寸， 在齿顶圆和齿根圆之间人为规定了 一个直径为d，半径为r，用作计算 基准的圆。 分度圆上齿距、齿厚、齿槽宽分别 用p、s、e表示。 p=s+e
已知传动比、中心距、 齿轮1的齿廓曲线K1，用 包络线法求与齿廓K1共 轭的齿廓曲线K2。
3.齿廓曲线的选择 理论上，满足齿廓啮合定律的曲线有无穷多，但考
虑到便于制造和检测等因素，工程上只有极少数几种 曲线可作为齿廓曲线，如渐开线、其中应用最广的是 渐开线，其次是摆线(仅用于钟表)和变态摆线 (摆线针 轮减速器)，近年来提出了圆弧和抛物线。
o1
点P 称为两轮的啮合节点(简称节点）。 r’1 节圆：
ω1
节圆
n
两个圆分别为轮1和轮2的节圆
k
两节圆相切于P点，且两轮节点处速 度相同，故两节圆作纯滚动。
P n
ω 2 r’2
o2
根据这一定律， 可求得齿廓曲线与齿廓传动比的关系；
也可按给定的传动比来求得两轮齿廓的共轭曲线。
2.共轭齿廓
所谓共轭齿廓是指两轮相互连续接触并能实现预 定传动比规律的一对齿廓。
rK
k
=
rb/ cosK inv K = tan K
K
三、 渐开线齿廓的啮合特性
O1
ω1
1.渐开线齿廓满足定传动比要求
N1
两齿廓在任意点K啮合时，过K作两 齿廓的法线N1N2，是基圆的切线，为 N2
2024年机械设计基础课件齿轮传动
机械设计基础课件齿轮传动机械设计基础课件：齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式，广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成，其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮，从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的，齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式，具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点，适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点，适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命，主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性，主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中，齿轮传动用于传递动力和运动，实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域，齿轮传动用于传递高速旋转的动力，实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域，齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递，提高设备的性能和效率。
《机械设计基础》教学课件主题10 齿轮传动
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
1、轮齿折断 轮齿就好像一个悬臂梁，在外载荷作用下，在其轮齿根部产生的 弯曲应力最大。同时，在齿根部位过渡尺寸发生急剧变化，以及加工时 沿齿宽方向留下加工刀痕而造成应力集中的作用，当轮齿重复受载，在 脉动循环或对称循环应力作用下，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，在齿 轮根部会产生疲劳裂纹，如图（a）所示。随着裂纹的逐步扩展，最终 引起断裂，如图（b）所示。
轮齿折断都是其弯曲应力超过了材料相应的极限应力，是最危险 的一种失效形式。一旦发生断齿，传动立即失效。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
2、齿面点蚀 在润滑良好的闭式齿轮传动中，由于齿面材料在交变接触应力 作用下，因为接触疲劳产生贝壳形状凹坑（麻点）的破坏形式称为点 蚀。点蚀也是常见的一种齿面破坏形式。齿面上最初出现的点蚀随材 料不同而不同，一般出现在靠近节线的齿根面上，如图所示，最初为 细小的尖状麻点。当齿面硬度较低、材料塑性良好，齿面经跑合后， 接触应力趋于均匀，麻点不再继续扩展，这是一种收敛性点蚀，不会 导致传动失效。但当齿面硬度较高、材料塑性较差时，点蚀就会不断 扩大，这是一种破坏性点蚀，是一种危险的失效形式。
单元1 齿轮的失效形式和设计准则
一、轮齿常见的失效形式
3、齿面胶合 对于某些高速重载的齿轮传动（如航空发动机的主传动齿轮）， 齿面间的压力大，瞬时温度高，油变稀而降低了润滑效果，导致摩擦增 大，齿面温度升高，将会使某些齿面上接触的点熔合，焊在一起，在两 齿面间相对滑动时，焊在一起的地方又被撕开。于是，在齿面上沿相对 滑动的方向形成伤痕，如图所示，这种现象称为胶合。
机械设计基础
主题10 齿轮传动
单元1 单元2 单元3 单元4 单元5 单元6
机械设计-齿轮传动讲解
当保持齿轮传动的中心距a不变时
重合度e↑ →传动平稳
z1↑
m↓
齿高h，抗弯曲疲劳强度降低
因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！
一般情况下，闭式齿轮传动（速度高，平稳性差）: z1=20~40
将
Ft
=
2T1 d1
及Φｄ＝b/d1
代入
则齿面接触疲劳强度的校核式：σH =
2K T1 dd13
u±1 u
ZH
ZE
[σH ]
齿面接触疲劳强度的设计式： d1
3
2 KT1
d
u ±1 ( Z H Z E )2
u [s H ]
对于标准直齿轮，ZH=2.5
齿面接触疲劳强度的校核式：
s H
= 2.5
= KFtYFaYsa bm
[s F]
Ysa表
引入齿宽系数后 强度条件公式：
d
=
b，并将Ft=2T1/d1, d1
d1=m
z1代入，可得弯曲
s = 2KT 1 YFaYsa
F φdm3 z12
[s F]
得
m
3
2KT1
dZ12
×Y[FsaYFs]a
公式中各参数对弯曲强度有什么影响呢？
标准直齿圆柱齿轮强度计算
从上面推出的接触疲劳强度条件公式中可以得出以下结论：
1、分度圆直径越大，接触疲劳强度就越高，也就是说接触
疲劳强度取决于分度圆直径，不单和模数m有关还和齿
数z有关。 2、齿宽系数越大，也就是齿宽越宽，接触疲劳强度就 越高。
3、许用接触应力越大，接触疲劳强度就 越高，
问题：σH1和σH2是否是作用力和反作用力的关系 σH1=σH2 是作用力和反作用力的关系。
重合度e↑ →传动平稳
z1↑
m↓
齿高h，抗弯曲疲劳强度降低
因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数选得多一些好！
一般情况下，闭式齿轮传动（速度高，平稳性差）: z1=20~40
将
Ft
=
2T1 d1
及Φｄ＝b/d1
代入
则齿面接触疲劳强度的校核式：σH =
2K T1 dd13
u±1 u
ZH
ZE
[σH ]
齿面接触疲劳强度的设计式： d1
3
2 KT1
d
u ±1 ( Z H Z E )2
u [s H ]
对于标准直齿轮，ZH=2.5
齿面接触疲劳强度的校核式：
s H
= 2.5
= KFtYFaYsa bm
[s F]
Ysa表
引入齿宽系数后 强度条件公式：
d
=
b，并将Ft=2T1/d1, d1
d1=m
z1代入，可得弯曲
s = 2KT 1 YFaYsa
F φdm3 z12
[s F]
得
m
3
2KT1
dZ12
×Y[FsaYFs]a
公式中各参数对弯曲强度有什么影响呢？
标准直齿圆柱齿轮强度计算
从上面推出的接触疲劳强度条件公式中可以得出以下结论：
1、分度圆直径越大，接触疲劳强度就越高，也就是说接触
疲劳强度取决于分度圆直径，不单和模数m有关还和齿
数z有关。 2、齿宽系数越大，也就是齿宽越宽，接触疲劳强度就 越高。
3、许用接触应力越大，接触疲劳强度就 越高，
问题：σH1和σH2是否是作用力和反作用力的关系 σH1=σH2 是作用力和反作用力的关系。
机械设计基础(第10章： 轮系)
第10章轮系前面我们己经讨论了一对齿轮传动及蜗杆传动的应用和设计问题，然而实际的现代机械传动，运动形式往往很复杂。
由于主动轴与从动轴的距离较远，或要求较大传动比，或要求在传动过程中实现变速和变向等原因，仅用一对齿轮传动或蜗杆传动往往是不够的, 而是需要采用一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统将主动轴的运动传给从动轴。
这种由一系列相互啮合的齿轮(包括蜗杆、蜗轮)组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系。
本章重点讨论各种类型齿轮系传动比的计算方法，并简要分析各齿轮系的功能和应用。
10.1 轮系的分类组成轮系的齿轮可以是圆柱齿轮、圆锥齿轮或蜗杆蜗轮。
如果全部齿轮的轴线都互相平行，这样的轮系称为平面轮系；如果轮系中各轮的轴线并不都是相互平行的，则称为空间轮系。
再者，通常根据轮系运动时各个齿轮的轴线在空间的位置是否都是固定的，而将轮系分为两大类：定轴轮系和周转轮系。
10.1.1定轴轮系在传动时所有齿轮的回转轴线固定不变的轮系，称为定轴轮系。
定轴轮系是最基本的轮系，应用很广。
由轴线互相平行的圆柱齿轮组成的定轴齿轮系，称为平面定轴轮系，如图10.1所示。
a)b)图10.1 平面定轴齿轮系包含有圆锥齿轮、螺旋齿轮、蜗杆蜗轮等空间齿轮的定轴轮系，称为空间定轴轮系，如图10.2所示。
图10.2 空间定轴轮系10.1.2 周转轮系轮系在运动过程中，若有一个或一个以上的齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个齿轮的固定轴线转动，则称为周转轮系，也叫动轴轮系。
如图10.3所示。
a) 周转轮系结构图b)差动轮系c)行星轮系图10.3周转轮系其中齿轮2的轴线不固定，它一方面绕着自身的几何轴线O2旋转，同时O2轴线，又随构件H绕轴线O H公转。
分析周转轮系的结构组成，可知它由下列几种构件所组成：1.行星轮：当轮系运转时，一方面绕着自己的轴线回转(称自转)，另一方面其轴线又绕着另一齿轮的固定轴线回转(称公转)的齿轮称行星轮，如图10.3中的齿轮2。
机械设计基础课件-齿轮传动
04 齿轮的材料与制 造工艺
齿轮的材料选择
碳钢
适用于低速、低负载的 齿轮，价格相对较低。
合金钢
具有较好的力学性能和 耐磨性，适用于高速、
重载的齿轮。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性， 常用于食品、化工等行
业的齿轮。
塑料
轻便、低成本，适用于 轻载、低速的齿轮，如
玩具、家电等。
齿轮的热处理工艺
01
02
03
机械设计基础课件-齿轮传 动
汇报人： 202X-12-24
目录
• 齿轮传动的概述 • 齿轮的几何设计 • 齿轮的工作原理 • 齿轮的材料与制造工艺 • 齿轮传动的应用与维护
01 齿轮传动的概述
齿轮传动的定义
• 齿轮传动：通过一对或多对相互啮合的齿轮，将主动齿轮 的旋转运动传递给从动齿轮，实现转矩和转速的变换。
装配不当会导致齿轮传动系统运转不平稳 。排除方法包括重新检查和调整各部件的 装配关系等。
THANKS
感谢观看
压力角是指渐开线齿廓与 分度圆相切的切线与分度 圆之间的夹角。
齿轮的模数
定义
模数是决定齿轮大小的基本参数 ，它表示了齿距与圆周率π的比值 。
选择
在齿轮设计中，模数的选择直接 影响到齿轮的大小和传动能力， 需要根据实际需求和设计规范进 行选择。
齿轮的齿数
定义
齿数是表示在分度圆上齿的个数的参 数。
选择
齿轮传动的维护保养
定期检查
对齿轮传动系统进行定期检查，包括 齿轮、轴承、润滑系统等，确保各部 件正常运转。
清洁与润滑
保持齿轮传动系统的清洁，定期添加 润滑剂，以减少摩擦和磨损，延长使 用寿命。
调整与紧固
根据需要调整齿轮的啮合间隙和紧固 各部件，确保齿轮传动的稳定性和可 靠性。
机械设计课件--齿轮传动
点蚀机理 点蚀实例
后果：齿廓表面破坏，振动↑，噪音↑，传动不平稳
接触面↓，承载能力↓
传动失效
软齿面齿轮：收敛性点蚀，相当于跑合； 跑合后，若σH仍大于[σH]，则成为扩展性点蚀。
硬齿面齿轮：点蚀一旦形成就扩展，直至齿面完全破坏。 ——扩展性点蚀
开式传动：无点蚀（∵v磨损>v点蚀）
改善措施： 1）HB↑——[σH] ↑ 2）↑ρ（综合曲率半径）(↑d1、↑xΣ) 3）↓表面粗糙度，↑加工精度 4）↑润滑油粘度
从动轮2：vs背离节线，Ff指向节线，塑 变后在齿面节线处形成凸脊。
改善措施：1）↑齿面硬度 2）采用η↑的润滑油
六、计算准则 失效形式→相应的计算准则 1、闭式齿轮传动 主要失效为：点蚀、轮齿折断、胶合 软齿面：主要是点蚀、其次是折断，按σH设计，按σF校核 硬齿面：与软齿面相反 高速重载还要进行抗胶合计算
齿宽b较小时，载荷易均布 ——整体折断
齿宽b较大时，易偏载 ——载荷集中在齿一端
斜齿轮：接触线倾斜
——局部折断
改善措施：
1）d一定时，z↓，m↑；
2）正变位；
齿根厚度↑
3）提高齿面硬度(HB↑)→[σF] ↑；
↑抗弯强度
4）↑齿根过渡圆角半径；
↓应力集中
5）↓表面粗糙度，↓加工损伤；
6）↑轮齿精度； 改善载荷分布
大齿轮45钢正火 HB180~210
机床主轴箱：小齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC50~55
大齿轮40Cr或40MnB 表淬 HRC45~50
§5 几何计算
P212 表12.8
§6 圆柱齿轮传动的载荷计算
一、直齿圆柱齿轮
忽略Ff，法向力Fn作用于齿宽中点。
11-第10章齿轮传动解析
一、轮齿的失效形式
疲劳折断
轮齿折断
过载折断
失效形式
局部折断
§10-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
提高轮齿抗折断能力的措施：
1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿 根应力集中；
2）增大轴及支承的刚度，使轮齿接触线上受载较为 均匀；
3）采用合适的热处理，使齿芯材料具有足够的韧性；
4）采用喷丸、滚压等工艺措施，对齿根表层进行强 化处理。
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
主主动动齿齿
失效形式
齿面胶合 齿面磨损 塑性变形
从从动动齿齿
表面凸出
表面凹陷
二、齿轮的设计准则
▲ 保证足够的齿根弯曲疲劳强度，以免发生齿根折断。
▲ 保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。
▲ 对高速重载齿轮传动，除以上两设计准则外，还应 按齿面抗胶合能力的准则进行设计。
基本要求： 齿面要硬、齿芯要韧
优质碳素钢、合金结构钢、铸钢、铸铁及某些非 金属材料(常见材料及其力学特性见表10-1)
§10-3 齿轮材料及选用原则
二、常用的齿轮材料
钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可 改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
常用 齿轮 材料
锻钢
含碳量为(0.15 ~ 0.6)%的碳素钢或合金钢。 一般用齿轮用碳素钢，重要齿轮用合金钢。
第十章 齿轮传动
§10-1 §10-2 §10-3 §10-4 §10-5 §10-6 §10-7 §10-8 §10-9 §10-10
概述 齿轮传动的失效形式及设计准则 齿轮材料及其选择原则 齿轮传动的计算载荷 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 设计参数、许用应力与精度选择 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 标准圆锥齿轮传动的强度计算 齿轮的结构设计 齿轮传动的润滑和效率
机械设计课件第10章齿轮传动
2 优势
3 特点
高效传动，扭矩输出稳定， 反向传动方便。
具有多种传动比，适用于 不同的工况和需求。
常见齿轮类型及其特点
直齿轮
齿轮齿条平行，传动效率高。
斜齿轮
啮合平稳，噪声较低。
锥齿轮
传递扭矩在非平行轴上，用于转向和变速。
蜗轮蜗杆
大传动比，用于减速。
计算公式和参数
了解齿轮传动的计算公式和关键参数，包括齿数、模数、压力角、啮合系数等，以确保传动系统的设计合理且 可靠。
参数 齿数 模数 压力角
啮合系数
含义 齿轮上的齿数，影响啮合传动比。 齿轮的尺寸参数，直接影响齿轮的尺寸和强度。 齿轮齿条之间的夹角，影响齿轮的传动效率和噪 声。 齿轮啮合平稳性的评价指标。
设计与选型注意事项
负载分析
根据实际负荷条件分析齿轮的工作状态和强度 要求。
润滑要求
考虑齿轮传动的润滑方式和润滑剂的选择，以 减少磨损和延长使用寿命。
问题解答与讨论
解答学生在课程过程中遇到的问题并进行讨论，加深对齿轮传动原理和应用的理解。
课堂总结与展望
对本章内容进行总结，并展望下一章的内容，引发学生对机械设计的兴趣和 思考。
机械设计课件第10章齿轮 传动
欢迎来到第10章齿轮传动的课程，我们将深入了解齿轮传动的基础知识、常 见类型及其特点、计算公式和参数、设计与选型注意事项，以及实际应用案 例的分析。
基础知识
了解齿轮传动的基本工作原理和优势，包括传递扭矩和转速的原理，以及齿轮传动的高效性和可靠性。
1 工作原理
齿轮之间通过啮合将动力 传递，实现转动。
材料选择
根据负载和工作条件选择合适的齿轮材料，包 括硬度、韧性和耐磨性等方面。
机械原理(第七版)优秀课件—第十章 齿轮机构及其设计
第十章 齿轮机构及其设计
Gears and its Design
• 10.1 齿轮机构的特点及分类
• 10.1.1 概述 • 1.什么是齿轮？
• 2.特点：适应范围广（v、p、r)；效率
高（0.99)；速比稳定、传动精度高；工 作可靠；可实现任意轴间的传动。制造 和安装精度要求高，成本较高；不适于 远距离传动。
• 刀具不标准
2.变位齿轮问题的提出
1）z＜zmin时又要不根切； 2）a’≠a；
3）ρ小＜ρ大, σ小＞σ大， u小＞u大,
• 3.刀具的变位 1）正变位 2）负变位 • 4. 变位传动
1）零变位齿轮传动：∑x=0，α’=α, a’=a • x1=x2=0 标准齿轮传动 x1=-x2 等移距变位齿轮传动 • 2）非零变位齿轮传动：∑x≠0，α’≠α, a’≠a
曲齿
交错轴斜齿轮传动
• 3.按齿廓曲线分：渐开线、摆线、圆弧 • 4.按工作条件分： • 1）开式：2）闭式：
• 5.按运动速度分：
• 低速：＜1m/s
• 中速：1～25
• 高速：＞25m/s • 超高：＞100m/s
• 10.1.3 对齿轮传动的基本要求
– 1.传动准确平稳
i 1 d1
2 d 2
α
r
α N1
xm ha m
p
Q
• 2. 变位齿轮的几何计算
• m、a由强度计算确定，α、z、d、db不变化 • h高a和、齿h厚f 、的d变a化、 df、s 、e 、α’都将变化，而关键是齿
• 1）齿顶高、齿根高
hai (ha* xi y)m
hfi (ha* c* xi)m
x的选择:无侧隙、不根
2
c os '
Gears and its Design
• 10.1 齿轮机构的特点及分类
• 10.1.1 概述 • 1.什么是齿轮？
• 2.特点：适应范围广（v、p、r)；效率
高（0.99)；速比稳定、传动精度高；工 作可靠；可实现任意轴间的传动。制造 和安装精度要求高，成本较高；不适于 远距离传动。
• 刀具不标准
2.变位齿轮问题的提出
1）z＜zmin时又要不根切； 2）a’≠a；
3）ρ小＜ρ大, σ小＞σ大， u小＞u大,
• 3.刀具的变位 1）正变位 2）负变位 • 4. 变位传动
1）零变位齿轮传动：∑x=0，α’=α, a’=a • x1=x2=0 标准齿轮传动 x1=-x2 等移距变位齿轮传动 • 2）非零变位齿轮传动：∑x≠0，α’≠α, a’≠a
曲齿
交错轴斜齿轮传动
• 3.按齿廓曲线分：渐开线、摆线、圆弧 • 4.按工作条件分： • 1）开式：2）闭式：
• 5.按运动速度分：
• 低速：＜1m/s
• 中速：1～25
• 高速：＞25m/s • 超高：＞100m/s
• 10.1.3 对齿轮传动的基本要求
– 1.传动准确平稳
i 1 d1
2 d 2
α
r
α N1
xm ha m
p
Q
• 2. 变位齿轮的几何计算
• m、a由强度计算确定，α、z、d、db不变化 • h高a和、齿h厚f 、的d变a化、 df、s 、e 、α’都将变化，而关键是齿
• 1）齿顶高、齿根高
hai (ha* xi y)m
hfi (ha* c* xi)m
x的选择:无侧隙、不根
2
c os '
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§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀
失效形式
齿面接触应力按脉动循环变 化当超过疲劳极限时，表面 产生微裂纹、高压油挤压使 裂纹扩展、微粒剥落。点蚀 首先出现在节线处，齿面越 硬，抗点蚀能力越强。软齿 面闭式齿轮传动常因点蚀而 失效。
潘存云教授研制 潘存云教授研制
传动齿轮 以运动准确为主，一般为轻载高精度传动。
硬齿面齿轮（齿面硬度≤350HBS）
软齿面齿机轮械设（计齿面硬度＞350HBS）
作者： 潘作存者云：教授潘存
齿轮传动的特点： ▲ 传动效率高 η可达99％；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； ▲ 结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小；
主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角β以及压力角a、
齿高系数h*a、径向间隙系机数械设c计*。
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
作者： 潘作存者云：教授潘存
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式 轮齿折断 一般发生在齿根处，严重过载突然断裂、疲劳折断。失效形式潘存云教授研制
潘存云教授研制
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
机械设计
潘存云教授研制 作者： 潘作存者云：教授潘存
齿面磨损
磨料磨损和跑合磨损 磨料磨损是开式齿轮传动的主要失
效形式。 产生原因：砂粒、金属微粒进入啮
合齿面，产生磨料磨损。 防止或改善措施： ①增大齿面硬度； ②采用闭式传动或加防护罩； ③改善润滑条件。
2020/9/29
机械设计
潘存云教授研制
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
机械设计
作者： 潘作存者云：教授潘存
齿面胶合
胶合：相啮合齿面的金属，在一定压 力下直接接触而相互粘连。当齿面 相对滑动时，较软的齿面沿滑动方 向被撕下而形成沟纹。
产生原因：温度过高，引起油膜破裂
热胶合：高速重载，齿面间摩擦力， 发热量大；
冷胶合：低速重载，速度过低，不易 产生油膜。
防止或改善措施：
齿面接触疲劳
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
机械设计
作者： 潘作存者云：教授潘存
齿面点蚀
在闭式齿轮传动中，常发生点蚀。软 齿面闭式齿轮传动常因点蚀而失效 。
开式齿轮传动不易发生。 点蚀：齿面材料在变化着的接触应力
作用下，由于疲劳而产生的麻点状 损伤现象。 产生原因： ①齿面接触应力太大； ②当出现裂纹时，油渗入裂纹产生楔 裂作用。 防止措施： ①提高齿面硬度； ②增大齿廓曲率半径ρ（减小接触应力 ）； ③增大油的粘度（有利于油膜的形成 2020/9/，29 使两齿面隔开，粘度高的机械油设计不易 渗入裂纹）。
开式传动 裸露、灰尘、易磨损，适于低速传动。
分 类
按装置 型式分
半开式传动 有简单防护罩，大齿轮浸入油池，润 滑得到改善、适于非重要应用；
闭式传动 全封闭、润滑良好、适于重要应用。
按使用 情况分
按齿面 硬度分
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
动力齿轮 以动力传输为主，常为高速重载或低速重载传动。
§10-9 齿轮的结构设计
§10-10
齿轮传动的润滑 机械设计
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
作者： 潘作存者云：教授潘存
§10-1 概述
作用： 不仅用来传递运动、而且还要传递动力。
要求： 运转平稳、足够的承载能力。
按类 型分
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传 锥齿轮传动 人字齿轮传动
第10章 齿轮传动
§10-1 概述
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
§10-3 齿轮材料及选用原则
§10-4 齿轮传动的计算载荷
§10-5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算
§10-6 齿轮传动的设计参数、许用应力与 精度选择
§10-7 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
§10-8 标准锥齿轮传动的强度计算
潘存云教授研制 潘存云教授研制
齿面接触疲劳
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
齿面点蚀 失效形式 齿面胶合
潘存云教授研制
高速重载传动中，常因啮合区温 度升高而引起润滑失效，致使齿 面金属直接接触而相互粘连。当 齿面向对滑动时，较软的齿面沿 滑动方向被撕下而形成沟纹。
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
①对于低速重载，可提高油的粘度
②对高速重载，可采用抗胶合能力强 的油；
③采用抗胶合能力强的材料及合理配
对齿轮；
④2020提/9/29 高齿面硬度。
机械设计
潘存云教授研制
§10-2 轮齿的失效形式及设计准则
一、轮齿的失效形式 轮齿折断
失效形式
齿面点蚀 齿面胶合 齿面磨损 跑合磨损 磨粒磨损 跑合磨损、磨粒磨损。
潘存云教授研制
2中0国20地/9/质29大中学国专地用质大学专用
机械设计
作者： 潘作存者云：教授潘存
轮齿折断
一般发生在齿根处，疲劳折断、 严重过载突然断裂、局部折断 。
1）疲劳折断 产生原因： ①齿根处弯曲应力较大； ②齿根处过渡圆弧处有应力集中
，当轮齿重复受载后，齿根处 产生疲劳裂纹，并逐步扩展， 致使轮齿疲劳折断。 防止措施： ①增大齿根圆角半径，x ↑ ，齿 面精度↑，以降低应力集中 ②采用热处理提高材料的冲击韧 性；
▲ 工作可靠，寿命长；与各类传动相比 ▲ 传动比稳定; 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一；
▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比
学习本章的目的
本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法， 也就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传 动可靠的齿轮。 设计齿轮——设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。
③从设计上， 2020/9/29 σF≤[σF]。
机械设计
潘存云教授研制
2）过载折断（或剪断） 产生原因： ①突然过载或者强烈冲击； ②模数太小，齿根厚度太小，材
料太脆。 防止措施： ①仔细操作； ②适当增大模数； ③采用热处理提高材料的冲击韧
性。 3）局部折断
局部折断
在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线， 轮齿受载后，如有载荷集中时，就会发生局部折断。若制造 及安装不良或轴的弯曲变形过大，轮齿局部受载过大时，即 使202是0/9/29直齿圆柱齿轮，也会发生机局械设部计折断。